设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 8513|回复: 44
打印 上一主题 下一主题

[科技前沿] 正经说个硬的:原子钟

  [复制链接]
  • TA的每日心情
    慵懒
    2023-12-6 00:54
  • 签到天数: 1562 天

    [LV.Master]无

    跳转到指定楼层
    楼主
     楼主| 发表于 2020-7-22 21:00:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 七月群山 于 2020-7-22 21:06 编辑 ( a# |% C* A! g+ l

    : x$ I6 `2 r  q& i5 n# u* r% G前不久收官的北斗-3(BDS-3)定位星座,用了一项顶牛逼的硬核科技:氢原子钟。5 i+ L& e/ G8 C

    - \- P1 ?* P9 p& A3 v' |7 W/ M氢原子钟是通俗说法。正经说,北斗-3用的是一台叫“被动型惰性氢分子激射器”的时频仪器,简称PHM。9 c2 |1 G1 Q! n, i5 G
    $ S. ?& n% a1 b; e
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    ! ?* _# y6 d5 N) d: @
    + u9 V0 X7 a) \6 v7 m氢原子钟,Hydrogen MASER(Microwave/Molecular Amplification by Stimulated Emission of Radiation),分两种:主动有源型(active)和被动无源型(passive)。主动型当然好了,是目前已知精度最高的,就是呢个头太大了些,要求的温度条件和材料也相当苛刻,在地面站没问题,上卫星就不现实了;被动型,就是现在北斗3系用的,精度大概好像可能是差一个0,但是比目前美国GPS的铷钟,还是精确了两个到三个0,也就是一百到一千倍,稳定性也更高,耗电量随之也增加了,大致好像是五十瓦的级别,用在卫星上还不是负担。
    ' r8 B; j$ ?$ ]$ i- }( W) A( V* r7 o7 O/ V( ~; m& H
    当然,北斗3系是氢铷钟复合的双保险,这也是新卫星的主流——在卫星方面,目前,中国自己,还真就是主流,平均两星期发一颗,没别人了。
    ) t7 Y6 O. X( w0 s; ?$ {+ Z
    6 x( R+ N5 n, Q- T定位星座,美国“老大”,大不大另说,老肯定是够老的;俄罗斯、欧盟也都使用氢钟技术的,但和中国比嘛,理论上是没有代差啦,而且俄版自称抗干扰(此话怎讲?)方面有优势,但他总共就24+3颗的实力,可靠性也明显比我差;欧盟的伽利略,用的法国欧赫利亚(orolia)公司的产品,虽说重量上有优势(18公斤),耗电更低,但毕竟是民用级别的,精度被咱碾压不说,最要命好像是,还没射过?' R6 I1 _7 {3 ]) T( c$ m+ T) J; T
    ) J' z1 n+ N0 @, n" ]5 G3 L
    还有一个印度,印度挺牛的。有一个航天科技世界排名的网站,把印度排在美中欧俄日之后;印度科学家不乐意了,说,如果把人口和总投资之类的因素加进去,印度实际是世界第一的——反正印度人的算数最棒,总能把印度算成世界第一,连韩棒都比不过印棒。背着手撒尿不服不行。
    ) D  m* [1 P0 c! g
    / W( d% ?. j. {; m; |& e& h: N1 ^& J也许有人知道,在中国的北斗2系之后,大概是2013~2016,印度发射了7颗卫星的区域定位系统,叫navic。中国的几家手机为了抢印度市场,还想抬举抬举这个navic来着,不过印度至今也没搞出来相关的芯片,就更别提软件了。那这个navic干嘛用的?或者说有没有任何应用?这是印度之谜!
    3 f# A6 {; T$ A- ?- g/ ?
    6 @/ u7 O4 {- n& `' m# ?不开玩笑,印度那威客的实际情况是,成网的第二年,一号星停摆了;然后补发一颗,失败了,到2018年再补发,按说是成功了,但其它几颗的可靠性明显的不行了。6 x( J% q% R% F1 E+ ~' U
    + i$ `' \( l7 T, |5 V
    啥停摆了?原子钟啊!当年,2013年,印度虽说自己造不出原子钟,可它买的也是世界顶级的法国频谱计时spectratime公司的铷钟,虽说是民用级别的,毕竟是伽利略系统的供应商,(就是orola的前身,orola目前也是华为的供应商),,,不管怎样,反正,在原子钟方面,印度目前是,空白。当然就更不存在军用级别的定位系统了。没有卫星技术的支撑,其它的,比如导弹啦,无人机啦,,,等等,都必须仰人鼻息,“大国”悲哀莫过于此。) }5 |: \  H4 h

      W. T/ Z# v2 g3 p8 u; l2 m说些个大家可能百度不到的。
    ; \3 h4 }# w: D8 ]2 b7 c0 Q0 [3 q  Z- o! w+ q
    ===前方高能===
    - n. F% ~# g# l4 t  K
    1 u6 S: i. U9 Y5 s2 I" Y原子钟的重要性,中国科学家早就明白,但是啊,新中国那叫一个一穷二白,看着hp——没错,就现在笔记本的hp,在咱炮打司令部之前,1964年,hp就造出了便携式原子钟,眼馋啊,哈喇子流一尺那种。
    * ^: p5 H  a" d6 k0 o. T9 U6 q' y& T4 w- @) _2 p( j8 Z
    那年,从字面意义讲,“时间”是掌握在美国的国家标准局手里的,懂吗,它可以是上帝,或者阎罗王。
    - I. n% G" M+ J9 K. i* @# f# d% \5 K2 M+ Z7 _. ~8 i: P9 ?% e( q

    2 k/ s/ p$ O4 T) @5 G' M; J' L0 A惠普当年的铯钟,吊打全世界。: K0 O- m3 m9 u+ k* D/ B6 b
    ) t! f. R# x3 r1 t
    1964年的我们,面上菜色未消,胸中“铯”心又起。裤腰带紧了两扣,就制定了第一个铯束原子钟的十年大计。不到五年,达成第一阶段小目标,我们算是做到了原子钟的入门级。然后点点悲剧,,,等到“文革”消停了几天,“余毒”还没肃清呢,英明领袖还是华主席呢,胡耀邦还没开始“敲边鼓”呢,,,已经有“臭老九”开始蠢蠢欲动,甚至扬言,要把失去的“时间”夺回来!
    # W1 _: l4 u3 I6 s9 M0 q, {
    9 {: @& N: D0 Q1 t9 t# c那是一帮时频的工程师。不对,他们那时还没有职称呢,都叫“技术员”,每月37元的工资,因为加夜班食堂会补一份肥肉很多的夜宵炸酱面而令他们欢欣鼓舞。但是我知道至少曾经有一个这样的美食之夜里,有三个蹲实验室的“技术员”并不开心,因为仪器故障他们当中必须有一个人去找无线电的小余来帮忙,而小余的娇妻是三线蹲放射性的,两三个月才回家度一下蜜月。谁大半夜的去敲人家小夫妻的门,那年月,挨大嘴巴。。。结果是小烨去的,也没挨大嘴巴。小余不到一个小时就修好了机器,完事也没客气,把大半罐子的肉炸酱都拿走了,因为他第二天倒休陪老婆,不打算出门。$ y0 F2 U# u4 ^/ I/ M3 p

    / q/ J+ q% n2 V) i" w/ S时频,无线电,放射性,说的都啥?“时间”的原理或许你懂,可要把它固定在机器里,再以难以置信的精确度同时拿出来,是奇迹。
    8 x: P/ }- f. Y* `5 U
    2 H8 _& r; t! y3 E" Z' b1981年,时频的技术员们第一次“真正”做到了,精度达到十的负十三次方,追上了世界水平。“时间”从此攥在了我们手里,而且我们再也没撒过手。4 Q) z2 i* `4 T. T: q- a
    6 W: E0 O( B0 |0 v
    1986年,十的负十四次方。
    0 C0 ~9 H) H- S& a' c. r) j
    % K, Y' W! z. _; T, ]# l. t. M2003年,十的负十五次方。" k& }% r: I1 d: \3 P

    * N! \( }$ x8 q8 z3 z2017年,十的负十六次方。
      d1 A: i" j+ |/ d; b5 \! o
    4 C, E5 Y# C$ o* H- F: u这些还都是我们100%可以做到的“标准”水平,敞开了让你看,你花钱就给你做机器,绝不藏着掖着。
    : k; N: N1 ~  D0 V
    & I* R9 h7 s5 g0 \' O; A: p! }4 B* d。。。4 l/ D! S- h% J; o; ~( Y' ]
    3 \" s& C& O5 k4 G9 M/ O
    4 j- R- s' y/ P3 t2 {
    今天,再去问时频“小烨”,他可能只记得当年价值九十元的真空管爆炸时的撕心裂肺;而放射性的罗阿姨,总会抱怨几句山洞里的实验室,害她犯关节炎;无线电的小余呢,对食堂何师傅的肉渣酱一直念念不忘。
    6 b2 w; J* q! z4 F
    ' \: F$ F; g7 R& v4 x! I6 t8 ?2 t( @/ n, \( k" ?; q
    , e/ y& C% O: Z5 {7 }; ^2 q- E

    评分

    参与人数 34爱元 +220 收起 理由
    云淡风轻 + 8 谢谢!有你,爱坛更精彩
    大哈瑞 + 4 苦哈哈地熬过来。成仙了。
    馒头笼子 + 4
    天狼星 + 2 谢谢!有你,爱坛更精彩
    drknight + 4

    查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    2 小时前
  • 签到天数: 3271 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2020-7-22 21:54:56 | 只看该作者
    国内第一台铯钟在1965年就完成了,领头人是王义遒 十年后铷钟也成功了。4 H& C; l- d4 I1 M, j1 I
    真正的难点在于原子钟的小型化,这个是真的努力了好多年了。早七八年前2G往3G转的时候很多老旧基站都要拆除,所以市面上流了很多基站上带下来的铯钟,曾经有发烧友用这玩意代替高端恒温晶振来做采样与解码标准时钟。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 02:47

    评分

    参与人数 4爱元 +26 收起 理由
    云淡风轻 + 8 伙呆了
    tanis + 4
    常挨揍 + 10
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    昨天 06:08
  • 签到天数: 3179 天

    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2020-7-22 21:55:25 | 只看该作者
    北斗系统据说让科学院上海小卫星当了一把鲶鱼,分了部分星座给科学院,导致五院大为紧张,双方竞争加剧而促进北斗代际加快。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:40
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 00:11
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 14:27
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 08:39

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    地板
    发表于 2020-7-23 07:53:34 | 只看该作者
    电视台的3.58MHz色度副载波和授时台同步,可以代替铯钟。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2025-3-13 15:17
  • 签到天数: 591 天

    [LV.9]渡劫

    5#
    发表于 2020-7-23 08:17:06 | 只看该作者
    看了这么一点不过瘾,有没有这方面的科普书可以推荐一下,谢谢
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    昨天 23:34
  • 签到天数: 647 天

    [LV.9]渡劫

    6#
    发表于 2020-7-23 08:47:43 | 只看该作者
    本帖最后由 忧郁金桥 于 2020-7-23 08:49 编辑
    7 H2 t7 e, [! B
    6 t* O+ z' z6 s4 h2 l群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    7 e5 F9 V. E/ [/ ^+ E; D$ v看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。6 M9 H3 c! I  H: P2 O3 c
    谢谢,“车旅系列”还能有第2季吗?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    3 小时前
  • 签到天数: 3733 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2020-7-23 10:41:50 | 只看该作者
    每月37元的工资 ------ 中专起步工资
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    8#
    发表于 2020-7-23 18:45:06 | 只看该作者
    安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2 小时前
  • 签到天数: 3271 天

    [LV.Master]无

    9#
    发表于 2020-7-23 22:56:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-23 18:45) {% ^1 X+ {; K5 y* D
    安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    0 F( ]( `+ q& x# g  ]0 _
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。* b- L9 M% @4 o7 ^) ?
    他家的铯钟在基站上很常见。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油菜: 5.0
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    给力: 5
      发表于 2020-7-24 22:33
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 07:14

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    10#
    发表于 2020-7-25 13:35:00 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:566 k0 h9 q2 u" x( O0 T
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    * z; k( t8 a" l( M4 ?+ i: `他 ...

    - S$ m. |1 ~8 X- B* I短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好8 `/ J3 x# D! r
    5071A好像这两年不好买了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2 小时前
  • 签到天数: 3271 天

    [LV.Master]无

    11#
    发表于 2020-7-25 22:56:14 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-25 13:35
    * c+ o, {( R" [# X: D$ t; j0 u1 ~短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    5 ], ~: p' X7 P5 |/ d5071A好像这两年不好买了
    4 R9 f, Y6 \4 l) m: k0 a; {, q
    这个短稳长稳有出处嘛?  D9 V2 l7 s  S' X
    铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩一半~~
    3 ?9 j4 ~6 k* q' R- Z* T$ j/ ^所以 安捷伦到底是美国禁运呢还是自个玩不下去了还得俩说

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-26 06:29
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    12#
    发表于 2020-7-26 12:48:09 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-25 22:56* v" O. [  x& a4 J  E7 @
    这个短稳长稳有出处嘛?
    # R1 x3 d- x9 l6 F( `- u  ?9 G铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩 ...

    * O  ~  v* q2 z7 B. Q
    0 n/ Q3 W% m+ v. S
    3 S6 L+ S& h* g. v- G没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    " R6 y, G) \6 }4 }9 d% m7 h这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的稳定性好,随着时间拉长,氢钟的稳定性(阿伦方差)就开始往上翘了,而高性能铯钟的阿伦方差则保持减小的趋势。

    点评

    油菜: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5.0 油墨: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2020-7-27 04:48
    给力: 5
      发表于 2020-7-27 03:03
    油菜: 5 涨姿势: 5
    学渣表示看不懂,但不妨碍表示佩服 :)  发表于 2020-7-26 21:12

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4 伙呆了

    查看全部评分

    回复 支持 1 反对 0

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    4 小时前
  • 签到天数: 3698 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2020-7-27 03:01:53 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56" W5 v# u5 f+ n( |- k* ~0 ^% u! S
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    ( A0 q8 H6 o  ]5 ^0 x2 v他 ...

    7 u7 U0 x  b; k; ~0 o5 g, R安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-30 11:41
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2 小时前
  • 签到天数: 3271 天

    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2020-7-27 03:35:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-26 12:48
    ; Q( m1 T' n5 q" z没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图; y" _+ |0 c+ a
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    0 S: w7 t, n0 K. O
    你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。1 n; v5 w  a. N2 A* n- d
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大了,只能空间站或者大型卫星上使用。
    5 h+ |: N& p) M' ]8 h

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 04:47
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    15#
    发表于 2020-7-27 11:33:16 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-27 03:35
    " a, K9 }4 g; Z( N9 O$ N% m$ D9 ?你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。
    1 R  X' V) R/ v* @& W6 t冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    1 V7 w; q4 V, H8 r5 a
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    1 n4 M# ?+ |) q7 x1 }5 Y从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳$ p5 T: Q% L  x- J
    时间基准据说用的是铯钟,利用其长稳
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    16#
    发表于 2020-7-27 11:34:00 | 只看该作者
    北京阿新 发表于 2020-7-27 03:016 X! ?4 Y3 n8 P1 D# `0 S+ a
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    0 j6 n( x! |/ l7 m% d- x嗯,惠普 - 安捷伦 - 是德,不知道后面怎么变
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    17#
    发表于 2020-7-28 00:56:08 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-27 11:33
    7 }; {- h" s& m& _( F% [7 G可能高端的铯钟做的更好一些吧* \5 D" U2 H/ D6 P2 s
    从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳
    $ N) C: L* s( o) u7 `. h% I时间基准据说 ...
    / X" f9 v9 k. Q
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    18#
    发表于 2020-7-28 09:50:08 | 只看该作者
    时间基准就是用铯的9193兆谱线对的。铷是6834兆。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    19#
    发表于 2020-7-28 10:29:35 | 只看该作者
    陈王奋起挥黄钺 发表于 2020-7-28 00:56! y& n9 Y+ |. u
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    / Q# p0 ^+ M% S7 d$ D. X. l如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原子钟的稳定性,用算法算出一个综合的时间,大家向这个综合的时间看齐调整
    4 J  a0 r* q' L' B( l3 b. t
    7 X/ _. Z; H' q3 w" i# y不在一起的原子钟,有基于卫星的、光纤的,等等方法进行比对
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    20#
    发表于 2020-7-28 11:41:34 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-28 10:290 t; H4 y7 ^" j/ g, g% z
    如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原 ...

    : v2 }- U2 l  u像卫星上的原子钟,隔了几万公里,距离也不确定,真的好奇如何进行时间同步。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2026-2-21 04:37 , Processed in 0.069928 second(s), 18 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表